Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 知识普及：退耦和背景粒子
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Jul  1 21:33:50 2003)

一：退耦

    我们一直把宇宙气体看成热平衡的。为实现热平衡，必须有“足够频繁”的碰撞。


    简单起见，考虑单组分气体。设 T 为每一粒子单位时间内的碰撞次数：

    T=n<v*s(v)>

    其中n为靶粒子数密度，v为相对速度，s(v)是碰撞截面，<>表示对速度分布求平均，


热平衡下的这个平均值与温度有关。所以 T 取决于气体的温度、密度和相互作用的性质。


    对于膨胀的宇宙，尺度因子 R 有显著变化的时间间隔为△t--1/H  H是任意时刻的膨


胀速率。

    每一粒子有频繁碰撞的条件为 T△t>>1，即 T>>H 。 粒子的碰撞率远远大于宇宙膨胀


率，则气体中就能有足够的碰撞来维持热平衡。

    随着宇宙膨胀，T 和 H 都在下降，如果 T 降的快，那这种粒子早晚都会退出热平衡


并进一步失去热碰撞的机会。

?   这就是粒子的退耦。

二：背景粒子

    对于 T 下降较快的粒子，宇宙温度降到 Td 后，它在混合气体中实际就已经成为无碰


撞组分了。它从此与其他组分失去了（引力等以外）物理联系。

    退耦了的粒子将“孤立地”存在下去，直到今天和遥远的将来。

    因此，他们被称为“背景粒子”。

    通常说的背景辐射就是退耦的光子组分。同样，退耦的中微子组分就是背景中微子。


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